TL;DR
Blockchains kan kun håndtere et begrænset antal transaktioner pr. sekund. Bitcoin-netværket kan f.eks. behandle omkring syv transaktioner i sekundet. Hvis blockchain-teknologien skal indføres globalt, skal den kunne håndtere meget mere data og med hurtigere hastigheder, så flere kan bruge netværket, uden at det bliver for langsomt eller dyrt at bruge. Det grundlæggende design af mange decentrale netværk betyder imidlertid, at stigende skalerbarhed har tendens til at svække decentralisering eller sikkerhed. Dette er det, der er kendt som blockchain-trilemmaet. Udviklere, der ønsker at løse dette problem, eksperimenterer med forskellige konsensusmekanismer og skalerbarhedsløsninger såsom sharding, sidekæder og statslige kanaler.
Introduktion
Grundlæggende set er en blockchain en distribueret digital database. Blokke af data er organiseret i kronologisk rækkefølge. Blokkene er forbundet og sikret med kryptografiske beviser. Implementeringen af denne teknologi på tværs af forskellige brancher ændrer allerede, hvordan vi arbejder og lever.
Ideen er, at decentraliserede og sikre blockchains giver mulighed for en verden, hvor vi ikke behøver at stole på tredjeparter for, at netværk eller markeder kan fungere. Eksperter er dog generelt enige om, at hvis denne teknologi skal vedtages mere bredt, er der et kerneproblem, der skal løses. Dette problem er kendt som "blockchain-trilemmaet".
Udtrykket blev populariseret af Ethereums medstifter Vitalik Buterin. For at det skal give mening, skal du være opmærksom på tre forskellige elementer, der er ønskelige i en blockchain: decentralisering, sikkerhed og skalerbarhed. Blockchain-trilemmaet refererer til ideen om, at det er svært for blockchains at opnå optimale niveauer af alle tre egenskaber samtidigt. At forbedre én af egenskaberne, fører normalt til en svækkelse af en anden.
Denne artikel vil undersøge alle tre elementer i trilemmaet og forklare hver enkelt af dem i nærmere detaljer. Ved at gennemgå hver enkelt mere dybtgående, og hvordan de passer sammen, kan man få en bedre forståelse af, hvordan og hvorfor blockchain-trilemmaet eksisterer. Denne artikel vil også fremhæve nogle af de løsninger, der er blevet foreslået af udviklere.
Hvad er decentralisering?
Bitcoin og lignende blockchain-netværk er som udgangspunkt decentraliserede. Hele strukturen er sådan, at der ikke er en enkelt person eller organisation, der har ansvaret. Det er derimod decentraliseret. Netværkslaget er åbent for alle, der ønsker at deltage. Som følge heraf er kontrollen helt og aldeles distribueret i stedet for at blive håndhævet af en enkelt enhed. Alle har adgang til de samme data. Hvis nogen forsøger at snyde systemet ved at ændre protokollen til deres fordel, vil resten af deltagerne afvise de defekte data.
Dette kan blive ret teknisk, men lad os tage Bitcoin-netværket som et eksempel. Der er ingen tredjepart, der har kontrol. Sammenlign dette med behovet for banker i det finansielle system. Bankerne håndhæver tillid mellem folk, der handler, og sikrer, at alle optegnelser opbevares korrekt. Bitcoin-blockchainen deler imidlertid alle disse data med alle på netværket, så de kan kontrolleres og bekræftes, før de føjes til den digitale database. Resultatet er et system, der kan eksistere uden behov for tredjeparter.
Decentralisering giver mulighed for det, der er kendt som Web3. Lige nu har vi Web2 – internettet i dag. Det er fuldt af websteder og apps, der kontrolleres af virksomheder, men med indhold lavet af brugerne. Web3 er det næste skridt. Et internet, hvor decentraliseret blockchain-teknologi lader folk kontrollere deres egne data og online liv.
Det er imidlertid bemærkelsesværdigt, at på grund af hvordan disse distribuerede systemer fungerer – med behov for en bred vifte af deltagere til at blive enige om gyldigheden af alle data – kan transaktionstider være langsomme på grund af den måde, information skal deles og behandles på. Således skal blockchains skaleres, hvilket vil sige være i stand til at håndtere mere data ved hurtigere hastigheder. Vi vender tilbage til dette punkt, når vi gennemgår skalerbarhed.
Derudover holder den decentraliserede drøm kun, hvis de underliggende blockchains er sikre. Hvis en blockchain mangler sikkerhed, kan en dårlig aktør tage kontrol og ændre dataene til sin egen fordel. Dette fører til den anden del af trilemmaet: sikkerhed.
Hvad er blockchain-sikkerhed?
Det betyder ikke noget, hvor decentraliseret en blockchain er, hvis den mangler sikkerhed. Et godt blockchain-netværk skal være modstandsdygtigt over for angreb fra ondsindede enheder. Centraliserede systemer får deres sikkerhed fra det faktum, at systemet er lukket. Den, der har kontrol, kan garantere, at dataene er fri for interferens. Men hvordan opnås dette i et decentraliseret system, hvor alle kan deltage?
Det er et kompliceret emne, men vi kan vende tilbage til Bitcoin som et eksempel på decentraliseret blockchain-sikkerhed. Bitcoin-blockchainen bruger en kombination af kryptografi og en netværkskonsensusmekanisme kaldet Proof-of-Work (PoW). Med hensyn til kryptografi har hver blok en slags digital signatur (eller hash). Hver blok af data er forbundet på en måde, der ikke kan manipuleres med, fordi eventuelle ændringer ville ændre en bloks hash. Ethvert forsøg på at ændre dataene vil hurtigt blive identificeret af resten af netværket.
PoW-konsensusmekanismen er en anden del af puslespillet. Den hjælper med at sikre kryptovalutaens ledger. At forstå Proof of Work er en hel artikel i sig selv, men til vores formål skal du være opmærksom på, at medlemmer af netværket kun kan verificere nye transaktioner og føje dem til ledger gennem en aktivitet kendt som mining. Dette indebærer brug af computerkraft til at løse et matematisk puslespil. En del af processen kræver, at disse computere udfører adskillige hashing-funktioner. Dette bidrager til problemstillingen vedr. skalerbarhed, da PoW-mekanismen er sikker, men relativt langsom.
Bemærk også, at jo flere deltagere (noder) der er i netværket, jo mere sikkert er det. Jo flere parter, jo sværere bliver det for en ondsindet aktør at tage kontrol over systemet. Dette vedrører det, der er kendt som 51 %-angrebet. Som en oversigt: Hvis en enkelt enhed (eller gruppe af ondsindede aktører) kan kontrollere mere end 50 % af en blockchains samlede netværkshashingrate, vil de være i stand til at tilsidesætte konsensus og ændre kædens data til gavn for sig selv, f.eks. dobbeltforbrugs-tokens.
Kort sagt er sikkerhed et grundlæggende krav for, at en blockchain skal lykkes, fordi angribere uden den kan tage kontrol over kæden, hvilket gør den ubrugelig.
Hvad er skalerbarhed?
Skalerbarhed refererer til målet om at opbygge en blockchain, der kan understøtte flere og flere transaktioner i sekundet. Omfang er nødvendig, hvis blockchain-teknologi skal tjene det bredere samfund og muligvis milliarder af brugere. Men det er dette mange blockchains stadig kæmper med.
Det skyldes, at decentralisering og sikkerhed er så grundlæggende for blockchain, at der er tendens til at fokusere på dem først. Decentralisering er så central for blockchains værdisæt og mål, at det ligger i hjertet af de fleste anerkendte blockchains. Sikkerhed, som vi har gennemgået, er et centralt krav for, at en blockchain skal være vellykket og nyttig.
Men ved at prioritere decentralisering og sikkerhed bliver skalerbarhed en udfordring. Antallet af transaktioner, en kæde kan håndtere, kan være stærkt begrænset. Et centraliseret betalingssystem såsom Visa siger, at det er i stand til at understøtte 24.000 transaktioner i sekundet. Dette skyldes, at netværket er lukket og fri for overvejelser såsom offentlige noder og konsensus. Sammenlign dette med nogle af de mest kendte blockchains.
Ifølge Bloomberg i 2022: "Fra september var Bitcoin ikke i stand til at håndtere mere end syv transaktioner i sekundet, og Ethereum, det næstmest populære netværk, var begrænset til omkring 15 pr. sekund – en menneskealder sammenlignet med konventionelle børser."
Som nævnt er disse blockchain-transaktionshastigheder begrænsede på grund af den måde, hvorpå informationen skal behandles af de forskellige deltagere, der udgør det decentrale netværk, og arten af selve PoW-konsensusmekanismen. Hvis flere og flere mennesker i samfundet begynder at bruge blockchain-teknologi, vil netværkene gå i stå på grund af det begrænsede antal transaktioner, de kan håndtere.
Derfor eksisterer blockchain-trilemmaet
Den mest oplagte og grundlæggende løsning på problemet skitseret ovenfor er at reducere antallet af deltagere, der bekræfter og tilføjer til netværksdata i bytte for større omfang og hastighed. Men det vil føre til en svækkelse af decentraliseringen, hvor kontrollen bliver overdraget til et mindre antal aktører. Det vil også føre til en svækkelse af sikkerheden, da færre deltagere betyder større chance for angreb.
Så her ligger trilemmaet: i betragtning af forbindelsen mellem de ønskede egenskaber ved decentralisering og sikkerhed gør det grundlæggende design af, hvordan blockchain fungerer, det svært at skalere. Hvis du forbedrer den ene, svækker du den anden. Hvordan fremmer du skalerbarhed uden at skade decentralisering, sikkerhed eller begge dele?
Løsning på blockchain-trilemmaet
Der findes ikke nogen perfekt løsning på trilemmaet. Men i betragtning af vigtigheden af at løse dette problem har der været en række forskellige tilgange i fællesskabet med interessante resultater. Lad os gennemgå en række af de mest populære udviklinger for at give dig en forståelse af, hvad der sker i rummet:
1. Sharding
Dette er en metode til opdeling af blockchains (eller andre typer databaser) i mindre, opdelte blockchains, der administrerer specifikke datasegmenter. Denne opsætning fjerner stresset fra en enkelt kæde, der beskæftiger sig med alle transaktioner og interaktioner på et netværk. Hver opdelt blockchain er kendt som et "shard" og har sin specifikke ledger. Disse shards kan derefter behandle deres egne transaktioner, men en beacon-blockchain eller main chain styrer interaktioner mellem shards. Dette gør sharding til en Layer 1-netværksskalerbarhedsopgradering, da det er en ændring af hovednettet i en blockchain.
2. Anden konsensusmekanisme
Én af grundene til, at trilemmaet findes i Bitcoin-netværket, er på grund af den måde, PoW arbejder på for at sørge for sikkerhed. Behovet for minere, kryptoalgoritmer og enorme mængder decentraliseret computerkraft fører til et sikkert, men langsomt, system. En tilgang til at løse trilemmaet er at finde en anden måde til at sikre konsensus. Dette var én af grundene til Ethereums flytning fra PoW til Proof of Stake (PoS).
I PoS-blockchains skal deltagere, der er involveret i validering af transaktioner, stake (låse) deres tokens. Der er ikke behov for højt specialiserede mining-maskiner. Det er enklere og mere tilgængeligt at føje flere validatorer til netværket. PoS er blot én af mange forskellige tilgange til konsensusmekanismer, hvor skalerbarhed står i fokus.
3. Layer-2-løsninger
Både sharding og forskellige konsensusmekanismer er såkaldte Layer 1-løsninger. De ser ud til at ændre det grundlæggende design af det underliggende netværk. Men andre udviklere, der søger at løse trilemmaet, har arbejdet på løsninger, der bygger oven på en eksisterende netværksstruktur. Med andre ord tror de, at svaret ligger i et andet layer eller layer 2. Eksempler på dette omfatter sidekæder og statslige kanaler.
En sidekæde er dybest set en separat blockchain, der er forbundet til main chain. Den er oprettet på en måde, så aktiver kan flyde frit mellem de to. Det er vigtigt, at sidekæden kan fungere under forskellige regler, hvilket giver mulighed for større hastighed og omfangX. På samme måde er statslige kanaler en anden måde til at tage transaktioner ud af main chain og lette presset på layer 1. En statslig kanal bruger en smart contract i stedet for en separat kæde for at gøre det muligt for brugere at interagere med hinanden uden at offentliggøre deres transaktioner til blockchainen. Blockchainen registrerer kun starten og slutningen af kanalen.
Sammenfatning
Skalerbarhedstrilemmaet står i vejen for, at blockchain opfylder sit potentiale som en teknologi til at ændre verden. Hvis blockchain-netværk kun kan håndtere et lille antal transaktioner i sekundet til at opretholde decentralisering og sikkerhed, vil det være svært at opnå masseanvendelse. De løsninger, der i øjeblikket foreslås af udviklere, der søger at løse dette problem, tyder imidlertid på, at de teknologiske fremskridt, der allerede er gjort af blockchain, kun vil fortsætte, og disse netværk vil eventuelt blive i stand til at håndtere mange flere data i fremtiden.